CN1135736C - 发射方法及无线系统 - Google Patents

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�����÷��
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Abstract

本发明提供了一种用于无线系统的发射方法，该方法包括发射沿不同路径传播到接收机的信号，从而建立发射机和接收机之间的连接。接收机在接收到沿不同路径传播的信号之后，对其进行组合，为每个连接发射至少两个信号。这些信号在接收机中组合成一个形成连接的信号，并对该信号进行测量。通过向测量装置传送用于激活所述测量的信号，来估计发射信号的相位的优化程度。根据所述测量和估计至少调整在下行方向上发射的信号相位。

Description

发射方法及无线系统
技术领域
本发明涉及一种包括发射机和接收机的发射方法，该方法包括发射沿不同路径传播到接收机的信号，从而建立发射机和接收机之间的连接，在该方法中，接收机在接收到沿不同路径传播的信号之后，对其进行组合。
背景技术
蜂窝无线系统一般采用不同的分集方法，用以在不同条件下改进基站和用户终端之间的连接质量。基站可以通过若干不同的天线在下行方向上向用户终端发送信号。分集组合尤其减少了信号衰落所引起的不利之处。在分集方法中，组合最好是彼此不关联的多个接收信号中包含的信息。在多径接收中，最常用的分集接收机在检测前后组合信号。多径信号的检测通常利用例如维特比检测。
基站和用户终端之间的连接质量一般依赖于例如用户终端的移动速度以及发射天线之间的距离。影响连接质量的另一个因素是例如无线路径上的障碍，这些障碍反射信号，从而引起时延。
无线系统中一般使用的接收机装置是所谓的瑞克接收机，它由一个或多个瑞克分支组成。每个分支是一个独立的接收机单元，其功能是组成和解调一个接收的信号分量。每个分支与沿单个路径上传播的一个信号分量同步。在传统接收机中，组合接收机分支的信号以得到具有良好质量的信号。但是，信号的组合并不是总能提供最佳的可能信号。在某些情况下，某一阶段接收到组成和信号的信号分量，而这些信号之和降低了信号容量。
在已知的无线系统中，基站的下行天线射束方向根据用户终端向基站发送的信号确定。这种下行射束定向方法称为DOA(到达方向)方法。即使上行和下行信号的频率不同，射束定向也基于用户终端向基站发送的信号进行，这意味着定向不精确。因为上行方向和下行方向实际上并不相同，所以基站的TX和RX部件之间需要相位校准。如果信号发射中同时使用了多根天线，则这些天线的和天线射束的形状将非常类似条形，这尤其在信号接收中引起问题。通用于多个发射天线的天线射束也包含阴影区域，这使得基站和用户终端之间的连接出现问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种发射方法以及一种无线系统，通过该方法和系统可以解决前述问题。
本发明提供了一种用于无线系统的发射方法，该无线系统包括发射机和接收机，该方法包括发射沿不同路径传播到接收机的信号，从而建立发射机和接收机之间的连接，在该方法中，接收机在接收到沿不同路径传播的信号之后，对其进行组合，
其特征在于，
为每个连接发射至少两个信号，这些信号在接收机中组合成一个形成连接的信号，并对该信号进行测量，
通过向测量装置传送用于激活所述测量的信号，来估计发射信号的相位的优化程度，
根据所述测量和估计至少调整在下行方向上发射的信号相位。
本发明还提供了一种无线系统，包括通过发射的信号来相互通信的发射机和接收机，其中这些信号从发射机沿不同路径传播到接收机，接收机包括在接收到沿不同路径传播到的信号之后对其进行组合的组合装置，
其特征在于，
该无线系统包括发射装置、测量装置和控制装置，其中
发射装置被设置成为每个连接发射至少两个信号，其中在组合装置中将这些信号被组合成一个信号，
测量装置被设置成测量组合信号，并估计所述发射的优化程度，
控制装置被设置成根据所述测量和估计，至少调整发射装置在信号发射期间在下行方向上发射的信号相位，从而减少信号组合期间信号的累加。
作为本发明的一个优选实施例，控制装置102也可以当发射机发射功率最小时，调整该信号。
本发明的基本构思在于，根据对接收机接收的信号的测量数据改变发射机的天线射束，使得接收机能够接收最佳信号。
按照本发明的发射方法和无线系统具有多个优点。通过该方法，根据接收机提供的测量报告调整接收机接收的信号。如果需要，这种调整可以进行得相当慢。根据情况的不同，该方法能够将下行方向上的性能提高约3到8分贝。调整也可以灵活地进行，使得下行方向上的性能不会降低到非组合信号性能之下，这在传统方法中也能够实现。因为发射机天线射束的方向根据接收机接收的信号确定，所以接收机接收到最佳信号。通过该方法，即使移动用户终端也可以接收到适应该用户终端的良好质量的信号。
附图说明
下面结合附图，针对优选实施例详细描述本发明，在附图中
图1示出了采用按照本发明的方法的无线系统；
图2示出了天线所生成的天线射束；
图3示出了两根天线所形成的天线射束；
图4示出了两根天线所形成的天线射束的阴影区域；
图5示出了收发信机的基本结构；
图6详细示出了按照本发明的无线系统。
具体实施方式
图1示出的无线系统包括发射机100、接收机200以及基站控制器300。在该图例子中，假定发射机是基站，接收机是用户终端。但是，实际上基站和用户终端都是收发信机。基站控制器300与发射机100通信，它控制后者的操作。在该图所示配置中，基站控制器与PSTN通信。发射机包括一根或多根天线108。天线108的天线射束形成了无线系统中的一个区域，在该区域中接收机200可以接收到发射机100所发送的信号。
图2示出了天线108所生成的一个天线射束或者方向模式。该天线射束包括一个主射束，它朝向发射机的所需主覆盖区域。在正常情况下，覆盖区域中的信号强度使得可以建立到接收机的连接。因为无线系统会经受信号衰落，所以发射机可以通过多个天线108发送信号，通过这些信号发射机100能够生成到接收机200的较好连接。
图3示出了信号发射中使用的两根天线所形成的天线射束。显然，天线射束的点A包括最小点。该最小点是信号累加的结果。图4示出的天线射束包括阴影区域，它是最小点的结果，记为B。在阴影区域中，信号强度不足以建立发射机100和接收机200之间的连接。即使能够建立连接，也可能是非连续的。
图5示出了该无线系统中使用的发射机100和接收机200的基本结构。更确切地说，该图示出了以收发信机方式工作的基站。该收发信机包括天线108、射频部件112、解调器113和解码器114。该收发信机还包括编码器122、调制器123和射频部件124。用户终端100还包括控制装置120，它控制前述部件的操作。实际上，该图所示天线108同时作为发射天线和接收天线工作。
该收发信机的射频部件112将天线108提供的射频模拟信号转换成中频，并滤波该信号。射频部件112还检测中频信号。解调器113可以将宽带信号恢复成窄带数据信号。数据信号由解码器114以适当方式进行解码。解码器114解码一般经过了卷积编码信号。解码器114的操作可以基于例如维特比算法。解码器114通常还反倒频和去交织预处理信号。如果该收发信机是一个用户终端，则该信号可以从解码器114传送到例如耳机。
编码器122可以对它所接收的信号进行卷积编码和倒频。编码器122还交织信号的比特和比特序列。进行卷积编码的信号还可以在调制器123中被伪噪声编码成宽带扩频信号。之后，在射频部件124中按照已知方法将扩频信号转换成射频信号，通过天线108发射到无线路径。如果收发信机是一个用户终端，则编码器122可以从麦克风中接收音频信号。
图6示出了采用按照本发明方法的无线系统。除了发射机100，该无线系统还包括发射装置101和调整装置102。在该图所示配置中，前述装置101和102连接到发射机或基站100。实际上，装置101、102位于基站。无线系统还包括接收机200，装置201和测量装置202。在该图所示配置中装置201和202连接到接收机200。实际上，装置201和202位于接收机200。
在该图所示配置中，发射装置101向接收机200发射信号。发射机100通过发射装置101发射的信号110、111与接收机200通信。每个信号由不同天线发射。实际上，因为无线路径上通常有不同障碍，信号会在这些障碍上反射，所以这些信号沿不同路径从发射机100传播到接收机200。反射例如是因为较高的建筑物。在装置201中组合这些沿不同路径传播的信号。信号的组合使得例如信号的形成具有较好的质量。如果接收机200所接收的信号之间有足够的相位差，则这些信号在组合中累加。信号的累加减小了信号强度。
在发射装置101发射信号之前，调整装置102调整信号的强度，使得这些信号可以组合而不需要累加。除了相位之外，调整装置102还可以调整待发送信号的振幅和时延，使得信号的累加可以进一步减少。
调整装置102对信号的调整常常会导致多根天线108所形成的天线射束中出现的最小点的减少。在最好情况下，调整可以完全防止最小点的出现，从而改进了发射机覆盖区域中发射机和接收机之间的通信。这种调整减少并防止了阴影区域的出现。该调整使得下行方向上至少一个待发送信号可以传播，从而接收机200能够接收到足够强的信号。该调整还具有适配影响，这意味着接收机可以接收比单个信号强约3到8分贝的信号。实际上，调整装置102位于发射机的调制器123中。控制装置也可以位于中频或射频部件124中。
测量装置202估计并测量接收的信号。该估计例如通过对BER、信噪比或信号电平的测量来实现。测量装置202在预定测量周期内对信号进行测量。在测量周期内，调整装置102无法调整信号，这意味着待测信号的控制参数保持不变。测量周期长度例如是480毫秒。测量周期通常在SACCH上的复帧期间发射一次。在测量之后，接收机200通过信号209将测量结果发送给发射机100。调整装置102根据测量装置202所进行的测量调整待发送信号110、111。
该无线系统包括评估装置103，用以评估该次估计的可靠性。这可以通过装置103比较估计得到的数据和发射机100从接收机200接收的信号来实现。发射所使用的相位的优化程度则通过发射信号激活测量装置202的测量来估计。发射装置101发射一些相位随机选择的信号。发射装置101还发射具有预定相位的一些信号。之后，测量装置202比较以不同方式发送的信号的质量。
调整装置102不需要调整所有需要发送的信号。调整装置102例如仅调整一个信号。调整装置102改变最好具有预定相移的至少一个信号的相位。调整装置102还改变具有随机相移的至少一个信号的相位。在组合信号强度保持在低于预定阈值时，调整装置102可以随机改变信号相位。调整装置102随机调整除TCH之外的其它信道相位。在前述情况下，调整装置102调整时延值，使得需要发送的信号的相位差覆盖360°。在TCH中也可以使用随机改变的相位和时延，尤其是在适配阶段没有发现适合待发送信号的相位差的情况下。
发射装置101以某个相位发送大多数信号，接收机200通过该相位以基本最小的累加形成一个信号。发射装置101发送的待组合信号最好不相关，这意味着可以减小方向模式中最小点的形成。如果没有时延，仅改变信号之差以及信号的相位，这些信号至少可以在较短的时间段上关联。调整装置102不时调整信号相位，从而可以定位发射信号的最佳相位。但是，发射装置101仅发射一小部分具有某相位的信号，该相位用于发现一个更佳的相位。
发射装置101所发射的信号可以由例如脉冲串组成。在这种情况下，调整装置102单独调整每个脉冲串。可以为调整装置102定义一个与具体脉冲串相关的相位，在发射装置101的发射功率基本最小时调整该相位。该调整最好在完全关闭发射机发射功率时进行，从而可以避免瞬间中断的生成。按照本发明的发射方法尤其适用于SDMA(空分多址)和CDMA方法。如果按照本发明的方法与已知纠错算法结合使用时，接收信号的质量可以进一步提高。
如果发射机100和接收机200建立了连接，调整装置102改变一个或多个脉冲串的相位，该相位用以测试所用相位的优化程度。除此之外的其它脉冲串的相位则变为随机相位。最好有八分之七的脉冲串保持在相同的相位，而另一个脉冲串用于测试该脉冲串所用相位的优化程度。待测相位在测量装置103对该信号作出估计的至少一个测量周期中保持不变。
如果测试完所有的相位，接收机向发射机发送给接收机200提供最佳质量的信号的相位数据。该数据通过信号209发送。然后，调整装置102开始使用根据该测量确定的相位。如果首先定位向接收机提供最小信号的相位，则可以假定最佳信号与提供最小信号的相位相距180°。然后，通过定位接收机所接收的信号强度的最小点或最大点，确定最佳信号。
如果调整装置102使用最佳相位，那么大多数脉冲串以相同相位发送，仅有一些脉冲串用于测试。但是，此时不需要考察所有的相位。考察集中在可能提供最佳连接的相位上便已足够。如果接收机快速移动或者发送的信号经过多次反射，则调整装置102随机改变信号相位。在这种情况下，也可以使用上行方向上估计出的相关估计，根据它也可以估计下行方向上的相关性。
在该方法中确定的发射中使用的最佳信号相位越可靠，发射装置101以该相位发射的信号部分越大。使用的相位的优化程度可以通过以随机相位发射接收机测量周期，而以固定相位发射下一测量周期来估计。接着，比较接收机所接收的信号质量。如果接收信号之间的质量差较大，则使用的相应相位估计也较好。正确相位估计越不确定，调整装置102改变的相位越大。
在按照本发明的发射方法中，可以使用适配时分率。根据具体情况，发射到最佳相位角的信号或脉冲串的数量根据相位确定的可靠性发生变化。用于测试的脉冲串数量非常少，不会对连接形成干扰。信号或脉冲串的数量根据选定相位的可靠性发生变化，从而在选定的相位非常可靠的情况下，大多数信号以选定相位发射。下面给出的表说明了交织信号或脉冲串的可能分布。
确定的可靠性 具有随机相位的脉冲串  具有最佳相位的脉冲串  测试脉冲串
  0(没有数据) 7  0  1
  1(不确定) 5  2  1
  2(相当确定) 2  5  1
  3(确定，S/N较差) 0  5  2
  4(确定，S/N良好) 0  7  1
如果没有基于上行方向形成的确定的可靠性数据，则八分之七的脉冲串以随机相位发射，一个脉冲串用于测试。如果选定相位非常可能是正确相位，该信号的信噪比足够高，则八分之七的脉冲串以选定相位发射，一个脉冲串用于测试。
尽管以上结合按照附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，在后附权利要求书所公开的创新思想的范围内可以通过多种方式对其进行改进。

Claims (33)

1.一种用于无线系统的发射方法，该无线系统包括发射机(100)和接收机(200)，该方法包括发射沿不同路径传播到接收机(200)的信号，从而建立发射机和接收机之间的连接，在该方法中，接收机在接收到沿不同路径传播的信号之后，对其进行组合，
其特征在于，
为每个连接发射至少两个信号，这些信号在接收机(200)中组合成一个形成连接的信号，并对该信号进行测量，
通过向测量装置(200)传送用于激活所述测量的信号，来估计发射信号的相位的优化程度，
根据所述测量和估计至少调整在下行方向上发射的信号相位。
2.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，
形成所述连接的这些信号由它们自身天线进行发射，其中这些天线产生了一个包含信号强度最小点的公共天线束，
通过所述相位调整来增加这些最小点上的信号强度。
3.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，
信号由它们自身的天线发射，其中这些天线产生了一个可以向其发射信号的公共天线束，
通过相位调整，在下行方向上传播至少一个信号，从而可以在天线射束区域中能够接收到该信号。
4.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，除了相位之外，还调整信号振幅和时延。
5.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，测量接收机(200)接收的信号，向发射机(100)发送测得的信号数据，根据该测量估计发射的优化程度，根据由该估计得到的数据调整需要发射的信号。
6.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，评估估计的可靠性，比较估计值与发射机(100)从接收机(200)接收的信号。
7.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，例如通过BER、信噪比或信号电平的测量来测量接收信号的质量，根据由该测量得到的数据调整需要发射的信号。
8.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，在建立连接之后，调整至少一个信号的相位。
9.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，在连接建立之后，确定调整中使用的相位，使得至少一个信号的相位变化预定相移，至少一个信号的相位变化随机相移。
10.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，在预定测量周期中测量接收机所接收的信号，在该测量周期中信号控制参数保持不变。
11.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，以某个相位发送大多数信号，接收机通过该相位以基本最小的累加形成一个信号，并且仅有一部分信号以某个相差发射，该相差用于定位某个相位，该相位使得信号的累加和更小。
12.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，在组合信号强度保持在低于预定阈值时，调整期间可以随机改变信号相位。
13.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，在预定测量周期内对接收机(200)所接收的信号进行测量，该次发射所使用的相位的优化程度则通过发射信号激活对接收机(200)的测量来估计，使得一些信号以随机选择的相位发射，而一些信号以预定相位发射，之后，比较接收机(200)所接收的信号质量，根据该比较调整发射信号。
14.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，如果信号由脉冲串组成，则单独调整每个脉冲串。
15.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，如果信号由脉冲串组成，则调整至少一个脉冲串的相位，以测试所述脉冲串中使用的相位的优化程度。
16.根据权利要求1的发射方法，其特征在于，当发射机发射功率最小时，调整该信号。
17.一种无线系统，包括通过发射的信号来相互通信的发射机(100)和接收机(200)，其中这些信号从发射机(100)沿不同路径传播到接收机(200)，接收机(200)包括在接收到沿不同路径传播到的信号之后对其进行组合的组合装置(201)，
其特征在于，
该无线系统包括发射装置(101)、测量装置(202)和调整装置(102)，其中
发射装置(101)被设置成为每个连接发射至少两个信号，其中在组合装置(201)中将这些信号被组合成一个信号，
测量装置(202)被设置成测量组合信号，并估计所述发射的优化程度，
调整装置(102)被设置成根据所述测量和估计，至少调整发射装置(101)在信号发射期间在下行方向上发射的信号相位，从而减少信号组合期间信号的累加。
18.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，该无线系统包括多根天线(108)以及发射装置(101)，发射装置(101)利用不同天线(108)发射形成连接的每个信号。
19.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，该无线系统包括形成同一个连接的多根天线(108)，所述的天线(108)产生一个包含信号强度最小点的公共天线束，并且调整装置(102)被设置成增加这些最小点上的信号强度。
20.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，除了相位之外，调整装置(102)还调整需要发射的信号的振幅和时延。
21.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，该无线系统包括发射装置(203)，用以向调整装置(102)发送测得的信号数据，调整装置(102)根据由该估计得到的数据调整需要发射到接收机(200)的信号。
22.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，该无线系统包括估计装置(103)，用以评估估计的可靠性，使得装置(103)比较由估计得到的值与发射机(100)从接收机(200)接收的信号。
23.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，估计装置(103)基于测量装置(202)所进行的BER、信噪比或信号电平的测量来估计接收机(200)所接收的信号的质量。
24.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，调整装置(102)在建立连接之后，改变至少一个信号的相位。
25.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，调整装置(102)使得至少一个信号的相位变化预定相移，至少一个信号的相位变化随机相移。
26.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，测量装置(202)在预定测量周期中测量接收机(200)所接收的信号，在该测量周期中调整装置(102)保持信号控制参数不变。
27.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，发射装置(101)以某个相位发送大多数信号，接收机(200)通过该相位以基本最小的累加形成一个信号，并且仅有一部分信号的相位用于定位某个更好的相位。
28.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，调整装置(102)在组合信号强度保持在低于预定阈值时，可以随机改变信号相位。
29.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，发射装置(101)发射信号激活测量装置(202)的测量，使得一些信号以随机选择的相位发射，而一些信号以预定相位发射，之后，测量装置(202)比较接收机(200)所接收的信号质量。
30.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，如果发射装置(101)所发射的信号由脉冲串组成，则调整装置(102)单独调整每个脉冲串。
31.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，如果发射装置(101)所发射的信号由脉冲串组成，则调整装置(102)调整至少一个脉冲串的相位，以测试所用相位的优化程度。
32.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，调整装置(102)在发射机(100)发射功率最小时，调整该信号。
33.根据权利要求17的无线系统，其特征在于，发射机(100)是一个基站，接收机(200)是一个用户终端。
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